Проектирование и расчет конструкции балочной клетки

Металлы.Пояснит.4 курс.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Забайкальский государственный университет»
Факультет Строительства и Экологии
Кафедра Строительства
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по направлению 080501 «Строительство уникальных зданий и сооружений»
по дисциплине «Металлические конструкции (общий курс)»
на тему «Проектирование и расчет конструкции балочной клетки»
Выбор оптимального типа и параметров балочной клетки . 4
1 Расчет балок настила по первому варианту 4
2 Расчет балки настила прокатного профиля по второму варианту 6
3 Расчет балочной клетки усложненного типа 8
3.1 Расчет балок настила 8
3.2 Расчет второстепенной балки . 9
4 Выбор оптимального типа балочной клетки . 10
Расчет сварной главной балки балочной клетки 11
1 Определение нагрузок действующих на главную балку . 11
2 Определение расчетных усилий в главной балке .. 12
3 Подбор размеров поперечного сечения главной балки . 12
4 Проверка размеров поперечного сечения ..15
5 Проверка прочности подобранного сечения .. 15
6 Проверка жесткости подобранного сечения . .16
7 Изменение сечения главной балки .17
8 Проверка общей устойчивости главной балки . .19
9 Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балки 20
10 Расчет соединения поясов со стенкой балки . ..23
11 Расчет опорной части балки .. 24
Расчет центрально- сжатой колонны сплошного сечения 26
1 Выбор расчетной схемы колонны . ..26
2 Подбор сечения сплошной колонны .. .27
3 Расчет базы колонны . .. .30
4 Расчет оголовка колонны ..34
Список использованных источников .. 37
Здание одноэтажное производственное;
Размер в плане – 3L×3B;
Опирание колонн на фундамент – шарнирное;
Шаг колонн в продольном направлении – L= 11 м;
Шаг колонн в поперечном направлении – B= 66 м;
Строительная высота – hстр = 155 м;
Отметка чистого пола – 0000 м;
Отметка верха настила – H= 48 м;
Временная равномерно распределенная нагрузка на балку – pn = 26 кНм2;
Применяемые материалы :
балки настила – С255: Ry = 250 MПа;
главная балка – С345: Ry = 300 MПа;
колонны – С255: Ry = 240 MПа;
Класс бетона фундамента – B15.
Выбор оптимального типа и параметров балочной клетки
1 Расчет балок настила для балочной клетки нормального типа по первому варианту
Для первого варианта принимаем толщину стального настила равную tn = 10 мм при временной нагрузке pn = 26 кНм2.
В связи с требованием к жесткости настила должно выполняться условие:
где nо = = 150 – отношение пролета настила к его предельному прогибу;
qn – нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил кНсм2;
gn = tn×ρ = 001×785 = 0785 кНсм2 – нормативная постоянная нагрузка от веса настила кНсм2 при удельном весе стали ρ =785 кНсм3;
qn = gn+pn = 0785+26 = 26.785 кНм2 = 00026785 кНсм2;
= (4×) × (1+72×) = 88.08;
В соответствии c вышеизложенным требуемый пролет настила принимается равным шагу балок настила:
Принимаем предварительно
Далее вычисляется требуемое количество промежутков между балками которое принимается нечетным:
принимаем n =11 балок;
Для подбора сечения балки настила необходимо определить нагрузку на эту конструкцию.
Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила определяется по соответствующей формуле:
где gn – нормативная нагрузка от веса настила;
gn = 0785 кНм2; = 001м; ρ = 785 кНм3 – удельный вес стали; pn = 26 кНм2; l = 850 мм – принятый шаг балок настила м.
qn = (0785 + 26)×085 = 22.77 кНм.
Погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила определяется по следующей формуле:
q = (gn×γfg + pn ×γfp) ×l
где γfg= 105 – коэффициент надежности по нагрузке для стали;
γfp = 12 – коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки при pn > 2 кНм2.
q = (0785×105 + 26×12) ×085 = 27.22 кНм.
Определяем величину максимального изгибающего момента в балке настила:
Требуемый момент сопротивления балки настила определяется по формуле
где Ry = 25 кНсм2 – для фасонного проката из стали С255;
Принимаем двутавр № 33 с Wx = 597 см3 Ix = 9840 см4 mпл = 422 кгм согласно ГОСТ 8239-89.
Проверка принятого сечения выполняется:
а) на прочность при упругой стадии работы:
где γc = 1 – для балок прокатного профиля;
- условие выполняется прочность достаточна;
б) на жесткость от действия нормативных нагрузок при упругой работе материала прогиб от действия нормативных нагрузок равен
где qn = 22.77 кНм = 02277 кНсм – нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки;
E = 20600 кНсм2 – модуль упругости стали;
Согласно требованиям главы 15 и прил. Е СП 20.13330.2012 «Нагрузки и воздействия» или по табл. Б.5 прил. Б предельно допустимый прогиб для прокатных балок равен
2 см 44 см – условие выполняется жесткость достаточна. Окончательно принимаем двутавр № 33.
2 Расчет балки настила прокатного профиля по второму варианту
Для второго варианта принимаем толщину стального настила равную tn = 12 мм при временной нагрузке pn = 26 кНм2.
В связи с требованием к жесткости настила должно выполняться условие:
gn=tn*ρ=0012*785=0942 кНсм2 – нормативная постоянная нагрузка от веса настила;
qn = gn+pn = 0942+26 = 26942 кНм2 = 00026942 кНсм2.
В соответствии в вышеизложенным требуемый пролет настила принимается равным шагу балок настила l = () ×tn =1050 мм.
Далее определяем требуемое количество промежутков между балками которое принимается нечетным:
принимаем n= 9 балкам.
Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки:
qn = (0942 + 26)*105 = 28289 кНм.
Погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила:
q = (gn·γfg + pn ·γfp)·l
q = (0942*105 + 26*12)*105 = 338 кНм.
Требуемый момент сопротивления балки настила:
где Ry = 250 МПа = 25 кНсм2 – для фасонного проката из стали С255;
Принимаем двутавр № 36 с Wx = 743 см3 Ix = 13380 см4 m = 486 кгм согласно ГОСТ 8239-89.
а) на прочность при упругой стадии работы
– условие выполняется прочность достаточна;
б) на жесткость от действия нормативных нагрузок при упругой работе материала. Прогиб от действия нормативных нагрузок равен:
Согласно требованиям главы 15 и прил. Е СП 20.13330.2012 «Нагрузки и воздействия» или по табл. Б.5 прил. Б предельно допустимый прогиб для прокатных балок равен:
1 см 44 см – условие выполняется жесткость достаточна. Окончательно принимаем двутавр № 36.
3 Расчет балочной клетки усложненного типа
Шаг второстепенных балок принимаем равным – l1 = L5 = 115 = 22 м.
Для расчета толщину балок настила принимаем по первому варианту — tn=10 мм.
3.1 Расчет балок настила
Принимаем двутавр № 14 с Wx = 817 см3 Ix = 572 см4 m=137 кгм согласно ГОСТ 8239-89.
а) на прочность при упругой стадии работы
– условие выполняется;
Согласно требованиям главы 15 и прил. Е СП 20.13330.2012 «Нагрузки и воздействия» или по табл. Б.5 прил. Б предельно допустимый прогиб для прокатных балок:
4 см 147 см – условие выполняется жесткость достаточна. Окончательно принимаем двутавр № 14.
3.2 Расчет второстепенных балок
Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины второстепенной балки определяется по формуле:
= = 016 кНм2 – постоянная нормативная нагрузка от веса балок настила кНм2;
= (0942*105+015*105+26*12) *22 = 7116 кНм2.
Принимаем двутавр № 50 с Wx = 1589 см3 Ix = 39727 см4 m= 785 кг согласно ГОСТ 8239-89.
3 см 44 см – условие выполняется жесткость достаточна. Окончательно принимаем двутавр № 50.
4 Выбор оптимального типа балочной клетки
После подбора сечений для всех принятых к расчету вариантов балочной клетки расход стали по каждому варианту заносят в таблицу (см. таблицу 1).
Расход стали на 1 м2 площади балочной клетки определяют как результат деления веса погонного метра принятой балки на ее шаг.
Таблица 1 - Сравнение вариантов конструктивного решения балочной клетки
Элемент балочной клетки
Второстепенные балки
В целях экономии металла окончательно принимаем первый вариант.
Расчет сварной главной балки балочной клетки
1 Определение нагрузок действующих на главную балку
Сечение главной балки принимаем двутавровое симметричное составное из листовой стали С345 с Ry = 300 Мпа =30 кНсм2.
Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины главной балки определяется для выбранного варианта балочной клетки по следующей формуле:
×= 0785 кНм2– постоянная нормативная нагрузка от веса настила при толщине листа 10 мм;
=0496 кНм2 постоянная нормативная нагрузка от веса балок настила для двутавра №33;
= 002*(0785+0496+26)= 0546 кНм2 – постоянная
нормативная нагрузка от веса главной балки;
=[(0785+0496+0546)+26]*66 =183656 кНм2;
Погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины главной балки определяется по формуле:
= [(0785+0496+0545)*105+26*12]*66 = 21858 кНм.
2 Определение расчетных усилий в главной балке
Расчетный изгибающий момент в середине пролета главной балки равен:
Расчетная поперечная сила на опоре:
3 Подбор размеров поперечного сечения главной балки
В целях экономии металла проектируем балку переменного по длине сечения а поэтому развитие пластических деформаций допускаем только в сечении с максимальным изгибающим моментом:
где с = 11 – коэффициент учитывающий пластическую работу металла;
γc = 09 – коэффициент учитывающий условия работы сварных металлических конструкций величина которого приведена в табл. 1 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» или в табл. Б.4 прил. Б.
Назначаем высоту сечения главной балки из условия экономии стали максимально допустимого прогиба и строительной высоты перекрытия.
Оптимальная высота балки из условия экономии стали определяется по формуле:
где k – коэффициент учитывающий конструктивное решение балки
k = 115 – для сварных балок;
– толщина стенки балки определяется по эмпирической формуле:
где hb - ориентировочная высота главной балки;
hb = 01×L = 01×11000 = 1100 мм
Предварительно принимаем tw = 10 мм.
Минимальная высота балки из условия жесткости определяется по формуле:
где - предельно допустимый прогиб конструкции величина которого определяется в соответствии с требованиями главы 15 и прил. Е СП 20.13330.2012 «Нагрузки и воздействия» или по табл. Б.5 прил. Б.
Возможная высота главной балки с учетом заданной строительной высоты перекрытия при поэтажном опирании балок вычисляется:
hвозм. = hстр. – tнаст.
hвозм. = 155 - 1 = 154 см.
Для дальнейшего расчета принимаем высоту стенки главной балки hw = 110 см.
Высота главной балки принимается по формуле:
h = hw+2×tf = 110+2×2.5 = 115 см
где tf – толщина пояса главной балки по ГОСТ 19903-74 или по таблице 1 приложения В.
Проверка прочности стенки на срез и местной устойчивости стенки:
где Rs – расчетное сопротивление материала стенки срезу;
Rs = 058 ×30 = 174 кНсм2
см > 0837 см – условие выполняется конструктивно принимаем tw = 12 см.
Для обеспечения местной устойчивости стенки без укрепления продольным ребром жесткости в балках высотой до 2 м должно соблюдаться соотношение:
см > 07 см – условие выполняется толщина стенки достаточна. Окончательно принимаем tw = 12 см.
Требуемая площадь сечения пояса:
где Wp h – высота балки; tw– толщина стенки;
При назначении размеров поясов выполняем следующие условия. Во избежание усадочных напряжений при сварке выдерживаем соотношение:
Минимальную ширину поясного листа задаем исходя из требований общей устойчивости балки:
По технологическим соображениям (для удобства автоматической сварки) ширина поясного листа должна быть не менее 180 мм. Принимаем в соответствии с сортаментом стали bf = 38 см.
4 Проверка размеров поперечного сечения главной балки
Подобранное сечение балки проверяем на прочность. По назначенным размерам балки вычисляем фактические геометрические характеристики поперечного сечения. Осевой момент инерции сечения вычисляется по формуле:
Момент сопротивления сечения равен:
Условие прочности выполняется если соблюдается условие:
W 12769945 ≥ 1113131 – условие выполняется.
5 Проверка прочности подобранного сечения
Далее устанавливаются значения наибольших нормальных напряжений в балке:
89 кНсм2 ≤ 27 кНсм2 – условие выполняется.
Наибольшие касательные напряжения в балке:
7 ≤ 1566 кНсм2 условие выполняется.
К верхнему поясу балки приложена сосредоточенная нагрузка дополнительно проверяется стенка на местное давление:
bdv – длина нагруженного участка пояса (ширина полки поперечной балки);
F = 21858×0.85 = 185793 кН;
5 кНсм2 27 кНсм2 – условие выполняется.
6 Проверка жесткости подобранного сечения
Определяется относительный прогиб балки с помощью следующей формулы:
где — предельно относительный прогиб изгибаемых элементов металлических конструкций в соответствии с требованиями главы 15 и прил. Е СП 20.13330.2012 «Нагрузки и воздействия» или по табл. Б.5 прил. Б;
2 44 см – условие выполняется жесткость достаточна.
7 Изменение сечения главной балки
Место изменения сечения поясов балки принимаем на расстоянии х от опоры:
Принимаем х = 185 см = 185 м.
Находим расчетный момент в сечении:
Поперечная сила в месте изменения сечения:
Требуемый момент сопротивления сечения балки при выполнении стыка полуавтоматической сваркой:
где Rwy – расчетное сопротивление сварного соединения на растяжение и изгиб равное 30 кНсм2;
Требуемый момент инерции измененного сечения:
Момент инерции приходящийся на поясные листы:
Требуемая площадь поясных листов:
где hf – расстояние между центрами тяжести поясов;
hf = hw + tf = 110 + 25 = 1125 cм.
Ширину поясных листов b1f назначаем исходя из следующих условий:
Принимаем b1f’ = 20 см.
Момент инерции измененного сечения балки:
Момент сопротивления измененного сечения:
W1x ≥ Wpl 78175 ≥ 616667 см3 – условие выполняется.
С помощью соответствующих вычислений проверяются нормальные напряжения:
66 ≤ 27 кНсм2 – условие выполняется.
Проверяем наибольшие касательные напряжения по нейтральной оси сечения расположенного у опоры балки:
где – статический момент балки измененного сечения
4 кНсм2 1566 кНсм2 – условие выполняется.
Производится проверка на совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в уменьшенном сечении балки. Поскольку опирание балок настила на главную поэтажное то приведенные напряжения рассчитываются по формуле:
где – коэффициент учитывающий развитие в стенке пластических деформаций; = 115;
956 кНсм2 = 3105 кНсм2 – условие выполняется.
8 Проверка общей устойчивости главной балки
Балка под действием нагрузки в плоскости наибольшей жесткости может потерять свою первоначальную форму равновесия что выражается в боковом выпучивании сжатого пояса и закручивании балки в целом. Это явление называется потерей общей устойчивости балки.
Выпучивание происходит на участках между точками закрепления сжатого пояса. Соответствующие расстояния характеризуют свободную (расчетную) длину балки lef. Общая устойчивость тем выше чем меньше отношение свободной длины к ширине сжатого пояса lef bf и чем больше отношение моментов инерции IxIy.
)Если в середине пролета балки отношение lef bf не превышает значений вычисленных при
при упругой работе сечения =1
24 16.33 – условие выполняется.
) В месте измененного сечения балки:
5 1422 – условие выполняется общую устойчивость балки можно считать обеспеченной.
9 Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балки
Местная устойчивость сжатого поясного листа считается обеспеченной если соблюдается условие: ;
81 ≤ 05 – местная устойчивость сжатого пояса в упругой стадии работы материала обеспечена.
При развитии пластических деформаций:
Местная устойчивость стенок балки обеспечена если условная гибкость стенки не превышает значений 22 – при наличии местных напряжений в балках с двусторонними поясными швами. Устанока поперечных ребер жесткости необходима если справедливо неравенство:
Поскольку > 22 стенки балки укрепляем поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать a1 = 2·hw при.
Принимаем a1 = 2·110 = 220 см = 2200 мм.
Ширина ребра жесткости:
Принимаем bh = 80 мм.
Принимаем tr = 7 мм.
При наличии местного напряжения () местную устойчивость стенки балки проверяем по формуле:
Действующие касательные напряжения равны
При и поэтажном опирании балок проверку устойчивости выполняют дважды (по теории расчетов – случаи Б и В).
где ccr = 33625 – коэффициент для сварных балок принимаемый по таблице 12 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».
где с1=25295 – коэффициент принимаемый по табл. 14 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» при a2hw = 067 и p = 018;
с2 = 1617 – коэффициент принимаемый по табл. 15 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» при a2hw = 067 и = 171.
5 09 – условие выполняется.
где ccr = 847 – коэффициент для сварных балок принимаемый по таблице 16 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» при
где с1=109344 – коэффициент принимаемый по табл. 14 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» при a1hw = 2 и p = 018;
с2 = 19175 – коэффициент принимаемый по табл. 15 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» при a1hw = 2 и = 25.
93 09 – условие выполняется.
Проведенные проверки показали что запроектированная балка удовлетворяет требованиям прочности прогиба общей и местной устойчивости.
10 Расчет соединения поясов со стенкой балки
При поперечном изгибе пояса составной балки стремятся сдвинуться относительно стенки. Сила сдвига возникает за счет разности нормальных напряжений в смежных сечениях пояса. Ее воспринимают непрерывные угловые сварные швы. Швы выполняем двухсторонние автоматической сваркой в лодочку сварочной проволокой Св-08Г2С. Для данной сварочной проволоки по табл. Б.14 прил. Б пособия имеем Rwf = 215 кНсм2. По табл. 7 прил. Б пособия для стали С345 с Run = 460 Мпа = 46 кНсм2 определяем Rwz=045Run=207 кНсм2.
При толщине свариваемых деталей 25 мм минимальный катет шва равен 7 мм по табл. Б.12 прил. Б пособия при этом для автоматической сварки по табл. 13 прил. Б пособия коэффициенты проплавления равны f=09 и z=105. Тогда f×Rwf=09*215=1935 кНсм2; z*Rwz=105*207=21735 кНсм2; отсюда выбираем минимальное значение 1935 кНсм2.
Требуемая толщина швов в двухстороннем шве
где Q1 – поперечная сила в месте изменения сечения;
S1 – статический момент площади сечения пояса относительно нейтральной оси;
γw= 1 – коэффициент условия работы сварного соединения;
Принимаем kf = 7 мм. Во избежание больших усадочных напряжений поясные швы устраиваем сплошными одинаковой толщины используя автоматическую сварку.
11 Расчет опорной части балки
Расчет опорной части балки сводится к определению толщины опорного ребра. В связи с тем что опирание сварных балок на нижележащие конструкции является шарнирным передача опорной реакции осуществляется через парные опорные ребра плотно пригнанные или приваренные к нижнему поясу балки.
Размеры опорного ребра устанавливаем из расчета на смятие его торцов:
Rp=449кНсм2 – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности принимаемое в зависимости от марки стали по таблице В.7 приложения В СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» .
Для торцевого опорного ребра принимают ширину bd = b1f =20 см где b1f – ширина сечения пояса в месте изменения сечения см.
Определяем толщину опорного ребра исходя из требуемой площади смятия:
принимаем td= 14 мм.
Площадь поперечного сечения принятого опорного ребра Ap = 20×14 = 28 см2 > Ad = 2678 см2.
Вследствие недостаточных размеров ребра опорный участок стенки может потерять устойчивость из своей плоскости поэтому его рассчитываем на продольный изгиб как стойку с расчетной длиной равной высоте стенки.
где – коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью устанавливаемый в зависимости от приведенной гибкости стенки по табл. Д.1 прил. Д СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»;
iz – радиус инерции сечения условной стойки относительно оси z который определяют по формуле
Iz – момент инерции сечения относительно оси z без учета момента инерции стенки определяемый по формуле
При =0995 коэффициент продольного изгиба φ=09017.
As – площадь условного крестового сечения включающая опорные ребра и полосу стенки шириной S зависящей от толщины стенки балки
4 ≤ 27 Кнсм2 – условие выполняется прочность ребра достаточная.
Далее рассчитывается прикрепление опорного ребра к стенке балки сварными двухсторонними швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08Г2С.
Предварительно необходимо произвести расчет параметров сварных швов и определить минимальное значение Rw.
Rwf = 215 кНсм2 (по табл. Б.14); Rwz = 045*Run= 207 кНсм2 (по табл. Б.7 и Б.3); f = 09 и z = 105 (по табл. Б.13).
Тогда f×Rwf = 09×215 =1935 кНсм2 z×Rwz = 105×207= 21735 кНсм2.
На основании выполненных расчетов kf=8 мм что больше kfmin=7 мм (по табл. Б.12). Проверяем длину расчетной части шва
lw = 85×f×kf = 85×09×08 = 612 см hw= 110 см условие выполняется. Ребро привариваем к стенке балки по всей высоте сплошными угловыми швами с kf = 8 мм.
Расчет центрально-сжатой колонны сплошного сечения
1 Выбор расчетной схемы колонны
Рассчитываем центрально-сжатую колонну сплошного сечения длиной (высотой) 431 м шарнирно закрепленной вверху и внизу. Материал – сталь С255 с Ry = 240 Мпа = 24 кНсм2. γc = 1 – коэффициент учитывающий условия работы сварных металлических конструкций принимается по табл. 1 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» или в табл. Б.4 прил. Б.
Расчетное усилие действующее на колонну вычисляется по формуле
N =α×2×Qmax = 1025×2×120219 = 246449 кН
– коэффициент учитывающий собственный вес колонны α = 1025.
Расчетная (приведенная) длина колонны равна lef = ·l
где l – полная длина колонны от основания опорной плиты башмака до верха оголовка
l = H – Hпер + hзагл = 48 – 149 + 1 = 431 м
где H– отметка верха настила (по заданию);
Нпер– высота перекрытия которая включает высоту главных балок балок настила настила;
Нпер = 1+ 33 +115 = 149 см = 149 м
hзагл – заглубление колонны ниже отметки 0.000 принятое равным 1 м;
– коэффициент учитывающий способ закрепления концов колонны = 1- при шарнирном закреплении верхнего и нижнего концов колонны.
2 Подбор сечения сплошной колонны
Принимаем двутавровое сечение стержня колонны сваренное из трех листов стали. Предварительно задается гибкость колонны λ= 70 тогда условная гибкость равна:
По табл. Б.16 определяем тип кривой устойчивости – тип «b» тогда значение коэффициента продольного изгиба φ=0762.
Требуемую площадь сечения колонны находим по формуле:
Требуемые радиусы инерции подсчитываются по формуле:
ix = iy = = 6157 см.
По табл. Б.17 требуемую высоту определяем по формуле:
Расчет необходимой ширины сечения производим с помощью следующего выражения:
Учитывая возможность автоматической сварки поясов со стенкой колонны для сечения в виде сварного двутавра и сортамент листовой стали компонуют сечение колонны. Принимаем b = hw = 25 см учитывая выполнение условия что высота сечения колонны должна соответствовать h ≥ (115 – 120)L = (2873 – 2155) см.
Для увеличения радиуса инерции следует стремиться чтобы площадь сечения стенки составляла 20% общей площади колонны. Определяем требуемую площадь сечения стенки колонны см2:
= 0.2×13476 = 26952 см2.
Поэтому толщина стенки должна составлять:
Минимальная толщина стенки tw = 8 мм принимается толщина стенки равной 10 мм. На долю поясов приходится площадь:
=13476 - 1 ×25 = 10976 см2;
Требуемая толщина поясного листа:
Для поясов сечения колонны принимают листовую сталь толщиной tf = 12÷40 мм в соответствии с ГОСТ 19903-74* или ГОСТ 82-70* с учетом сортамента принимается tf = 22 мм.
Далее сечение колонны проверяется на общую устойчивость. Фактическая площадь сечения стержня колонны рассчитывается по нижеприведенной формуле:
= 12×25+2×25×22 = 135 см2.
Минимальный момент инерции сечения стержня колонны вычисляется по формуле:
Минимальный радиус инерции сечения стержня колонны равен:
Тогда наибольшая гибкость стержня будет определена по формуле
Приведенная гибкость с учетом наибольшей гибкости стержня и принятой марки стали вычисляется с помощью следующего выражения:
Коэффициент продольного изгиба φ находят по приведенной гибкости с учетом принятой конфигурации сечения для типов кривой устойчивости «b» в соответствии с п. 7.1.3 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» φ=07855.
Принятое сечение проверяется на устойчивость по условию:
24 24 кНсм2 - условие выполняется устойчивость сечения колонны достаточна.
Проверка на рациональность принятого сечения выполняется по формуле:
условие выполняется сечение считается подобранным окончательно.
Устойчивость стенки центрально-сжатой колонны сплошного сечения считают обеспеченной если
Устойчивость поясных листов центрально сжатых колонн можно считать обеспеченной если
3 Расчет базы колонны
В связи с тем что закрепление концов колонны принято шарнирным анкерные болты крепятся непосредственно к опорной плите за счет гибкости которой обеспечивается податливость соединения.
Расчетная сила давления на фундамент с учетом веса колонны определяется по формуле
Требуемая площадь опорной плиты базы колонны определяется из условия:
где – коэффициент зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия; при равномерно распределенной нагрузке =1;
Rbloc – расчетное сопротивление бетона фундамента смятию вычисляется по формуле:
Rbloc = α×φb×Rb = 1×2×1.15= 23 кНсм2
где α =1 для бетонов класса ниже В25;
φb ≤ 25 для бетонов класса выше В75; принимаем φb = 2;
Rb – расчетное сопротивление тяжелого мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие (призменная прочность) принимается по табл. Б.18 прил. Б пособия для класса бетона фундамента. Для бетона В20 Rb = 1.15 кНсм2.
Расчет ширины и длины опорной плиты базы колонны производится в зависимости от размеров поперечного сечения стержня. Ширина опорной плиты базы колонны принимается не менее
где b =250 мм — ширина сечения колонны;
ttr – толщина траверсы принимаемая конструктивно ttr=10 мм;
с2 – свес опорной плиты базы колонны принимаемый предварительно 40 мм.
В соответствии с ГОСТ 82-70* «Сталь широкополосная универсальная горячекатаная» принимаем В = 380 мм.
Длина опорной плиты базы колонны рассчитывается по формуле:
и принимается не менее L ≥ h+2c1 = 294+2×40 = 374мм
где h – высота сечения колонны мм; для колонн сплошного сечения
h = hw+2× tf = 250+2×22 = 294 мм;
hw = 250 мм – высота стенки сечения колонны;
tf =22 мм – толщина пояса сечения колонны.
Длина опорной плиты базы колонны принимается L=400 мм в соответствии с ГОСТ 82-70* «Сталь широкополосная универсальная горячекатаная». Размеры опорной плиты В × L = 40×38= 1520 см2.
Рассчитывается толщина опорной плиты базы колонны которая работает на изгиб как пластина на упругом основании от равномерно распределенной нагрузки (реактивного давления фундаментов). В соответствии с конструкцией плита имеет участок 1 работающий как пластинка опертая на 4 канта; консольный участок 2 и участок 3 работающий как пластинка опертая на 3 канта.
Наибольшие изгибающие моменты действующие на полосе шириной 1 см в пластинках опертых на три или четыре канта определяются по формуле:
где α – коэффициент зависящий от отношения сторон пластинки значения коэффициентов α полученных академиком Б.Г. Галеркиным приведены в табл. Б.19 прил. Б пособия;
q – давление на 1 см2 плиты равное среднему напряжению в бетоне фундамента под опорной плитой базы колонны
Для участка 1 – пластинки опертой на 4 канта изгибающий момент равен
= 0125×1624×122 = 29232 кНсм
где α1 – коэффициент зависящий от отношения более длинной стороны пластинки hw = 25 см к более короткой . По табл. Б.19 прил. Б пособия; α1= 0125 при 2512 = 21.
Для консольного участка 2 изгибающий момент вычисляется по формуле
где с2 – вылет консоли см равный свесу опорной плиты базы колонны
Для участка 3 – пластинки опертой на 3 канта изгибающий момент равен:
где α3 – коэффициент зависящий от отношения закрепленной стороны пластинки b к более короткой незакрепленной по табл. Б.19 прил. Б пособия; при b c1 = 2553 = 4.72 α3 = 0133;
c1 – более короткая незакрепленная сторона пластинки равная свесу опорной плиты базы колонны;
По наибольшему из найденных для различных участков опорной плиты изгибающих моментов М1 = 29232 кНсм определяется толщина опорной плиты базы колонны:
Толщина опорной плиты базы колонны устанавливается в соответствии с ГОСТ 82-70* «Сталь широкополосная универсальная горячекатаная». Принимаем tpl = 30 мм.
Высота траверсы базы колонны определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной и принимается по требуемой длине сварных швов прикрепляющих ветви траверсы к стержню колонны. Угловые швы рассчитываются на условный срез.
Определяется вид расчетного сечения углового сварного шва. Принимается полуавтоматическая сварка материал – С255 и сварочная проволока Св-08Г2С по табл. Б.14 прил. Б пособия.
Предварительно задаются параметры сварных швов и определяется минимальное значение Rw:
Rwf= 215 кНсм2 (по табл. Б.14); Rwz=045×Run=045×37 = 16.65 кНсм2 (по табл. Б.7 и Б.3). Принимаем kf = 10 мм (по табл. Б.12) тогда f = 08 и z = 1 (по табл. Б.13).
Тогда f×Rwf = 08×215 =172 кНсм2 > z× Rwz= 1×1665 = 1665 кНсм2. Расчетным сечением является сечение по металлу границы сплавления.
Расчетная длина сварного шва равна:
Высота траверсы устанавливается с учетом непровара сварного шва:
Принимаем htr = 40 см.
Проверяется прочность траверсы как балки с двумя консолями. Изгибающий момент в середине пролета определяется с учетом принятых размеров базы колонны:
где q = 1624 кНсм2 - давление на 1 см2 плиты;
– свес опорной плиты базы колонны.
Момент сопротивления траверсы:
Напряжения возникающие в траверсе равны:
- условие выполняется размеры траверсы опорной плиты базы колонны достаточны.
4 Расчет оголовка колонны
Толщина опорной плиты оголовка колонны назначается конструктивно tog= 20 мм. При опирании балок с помощью торцевого опорного ребра усилие на стержень колонны передается опорными ребрами через плиту оголовка. Плита поддерживается ребрами приваренными к стенке колонны.
Толщина ребер оголовка определяется из условия смятия. Требуемая площадь смятия равна:
где Rp = 352 кНcм2 - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности принимаемое в зависимости от марки стали по табл. В.7 прил. В СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».
Усилие N передается на колонну по длине смятия определяемой по формуле:
где tog = 2 см – толщина опорной плиты оголовка колонны.
Толщина ребер оголовка колонны принимается из условия:
В соответствии с ГОСТ 82-70* принимаем толщину ребер оголовка колонны из листовой стали толщиной trog = 30 мм.
По принятой толщине ребер оголовка колонны по табл. 38 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» принимаем kfmin = 10 мм.
Высоту ребра принимают с учетом непровара сварного шва:
= 37+1 = 38 см принимаем hr = 40 см.
Толщину стенки колонны в месте приварки ребра необходимо проверить на срез. Расчетное сопротивление стали на срез равно Rs = 058Ry = 058×23=1334 кНсм2. Требуемая из условия прочности на срез толщина стенки колонны должна соответствовать условию:
Толщина стенки колонны недостаточна делаем вставку в стенку колонны толщиной 24 мм.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
О техническом регулировании: федер. закон [от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ] Рос.газета. – 2002. – 31 декабря.
СП 16.13330.2011. Свод правил. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (утв. Приказом Минрегиона РФ от 27.12.2010 N 791) - Москва: Минрегион России 2011.
СП 20.13330.2011. Свод правил. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (утв. Приказом Минрегиона РФ от 27.12.2010 N 787) - Москва: Минрегион России 2011.
Металлические конструкции: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования Ю.И.Кудишин Е.И.Беленя В.С.Игнатьева [и др.] под ред. Ю.И.Кудишина. – Москва: Издательский центр «Академия» 2010.
Металлические конструкции: справочник проектировщику Н.П. Мельников – Москва.: Стройиздат 1980.
Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий А.И.Кукин А.А.Васильев Б.Н.Кошутин Б.Ю.Уваров Ю.Л.Вольберг - Москва.: Стройиздат 1984.
Современные технологии расчета и проектирования металлических и деревянных конструкций М.С. Барабаш М.В. Лазнюк М.Л. Мартынова Н.И. Пресняков. – Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов 2007.
Справочник конструктора металлических конструкций В.Т. Васильченко А.Н.Рутман Е. П. Лукьяненко. - Киев: Будивельник 1980.
Стальные конструкции: учебное пособие для вузов А.Г. Тахтамышев Т.П. Невзорова; под ред. Н.П. Мельникова. - Москва: Стройиздат 1976.

МЕТАЛЛЫ 4 курс курсач.dwg

Масса ОМ с учетом сварки
обрезать после сварки
Схема балочной клетки
Спецификация металла
Проектирование конструкций
Расстояние от оси до первой балки настила 825 мм; 2. Сварку выполнять автоматическим способом с применением сварочной проволоки Св-08Г2С; 3. Катет сварных швов принять: Б1 - 7мм
К1 - 10 мм; 4. Антикоррозионную защиту поверхностей стальных конструкций выполнять окраской пентафталевой эмалью ПФ-115 за 2 раза по грунтовке Гф-021; 5. Диаметр отверстий под болты грубой точности - 22 мм; 6. Качество сварных швов проверять физическими способами контроля;
Таблица отправочных марок